JP2007281245A

JP2007281245A - 電子装置

Info

Publication number: JP2007281245A
Application number: JP2006106441A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ishida; 清石田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】安価な材料を採用しても金属製枠体と金属製蓋体との気密性に優れた電子装置を得ることを課題とするものである。
【解決手段】電子装置は、その主要部として電子部品４が搭載された絶縁基板１、金属製枠体３、および金属製蓋体５から構成されており、金属製枠体３は、枠本体３１、枠本体３１の外面に設けられたニッケルメッキ層７、およびニッケルメッキ層７の表面に設けられた厚さ１ｎｍ〜１００ｎｍの酸化ニッケル層８を含み、融点３００℃以下の低融点半田２にて絶縁基板１と半田付けされて絶縁基板１上の電子部品４を囲繞している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子装置に関し、詳しくは電子部品が搭載された絶縁基板、上記電子部品を囲繞する金属製枠体、および上記金属製枠体を覆う金属製蓋体を備えた電子装置に関するものである。

従来から、絶縁基体の上面に取着された金属枠体の内側に電子部品を搭載すると共に、前記金属枠体の上面にろう材を介してシーム溶接により金属蓋体を接合してなる電子装置であって、前記シーム溶接による前記ろう材の溶融領域の内周縁が前記金属枠体の内周縁に対し０．０５ｍｍ以上離間しており、且つ前記金属枠体の外周部が下方に屈曲していることを特徴とする電子装置は後記する特許文献１から公知である。

特許文献１の電子装置では、絶縁基体と金属枠体とは銀−銅合金などの高融点半田を介して半田付けされているが、その場合には高温半田付け時に金属枠体が過度に熱酸化するのを防止するために金属枠体のニッケルメッキ層の上に厚い金メッキ層を被着させる必要がある。その結果、金属枠体自体の製造工程が複雑で且つ高コストとなる問題があった。さらに絶縁基体として、特許文献１で使用されている高価な酸化アルミニウム質焼成体のような高温焼成セラミックを使用した場合には問題はないが、安価だが低強度の低温焼成セラミック製の基板を用いた場合、高融点半田を用いた半田付けの際の高温度によって当該基板に大きな熱応力が生じる。その結果、当該基板にクラックが生じ、電子装置の気密性が損なわれるという問題がある。

なお高融点半田に代えて低融点半田を用いると高温半田の問題は回避できるが、その際には金属枠体と金属蓋体とを抵抗ろう付けする過程での高温度により、低融点半田が再溶融して金属枠体の側面を濡れ上がって金属蓋体に至り、金属枠体と金属蓋体とを接合するろう材部内に入り込んで当該ろう材を脆弱化して電子装置の気密性が損なわれる別の問題があった。

一方、従来から、上面に電子部品が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、前記電子部品が搭載される搭載部を囲繞するように前記絶縁基体上面に取着された絶縁枠体と、前記絶縁枠体の上面に被着された枠状のメタライズ金属層と、前記枠状メタライズ金属層にろう付けされる金属枠体と、前記金属枠体上面に取着される金属製蓋体とからなる電子部品収納用パッケージであって、前記金属枠体の表面を、リンを９．０乃至１２．０重量％含有するニッケルメッキ層で被覆したことを特徴とする電子部品収納用パッケージが後記する特許文献２から公知である。この技術では、金属枠体の表面にリン含有ニッケルメッキ層を被着させることにより絶縁枠体と金属製蓋体との抵抗ろう付けの温度を低下させる効果がある。しかし抵抗ろう付けの際に、リンが抵抗ろう付部分に混入して抵抗ろう付け時の熱ショックで抵抗ろう付け部分に亀裂が生じ易くなり、高い気密性を安定的に得ることができないという問題があった。
特開２０００−２７７６４７号公報（請求項１、段落番号２１）特開平８−１６２５５５号公報（請求項１）

本発明は、従来技術における如上の諸問題に鑑みて、金属製枠体と金属製蓋体との気密性に優れた電子装置を得ることを課題とするものである。

本発明の電子装置は、電子部品が搭載された絶縁基板、上記電子部品を囲繞するように融点３００℃以下の低融点半田にて上記絶縁基板と半田付けされた金属製枠体、表面に金メッキ層が形成されたニッケルメッキ層を有すると共に、上記金属製枠体にろう付けされた金属製蓋体、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、低融点半田を使用することによって半田付け温度が低温化されるために、金属製枠体のニッケルメッキ層が過度に熱酸化されることを防止するための金メッキきが不要となって金属製枠体の製造を簡単で安価にすることができる。また、金属製枠体の表面がニッケルメッキ層であることにより前記特許文献２におけるリンによる抵抗ろう付け部分に亀裂が生じ易くなる問題が解消し、さらに当該ニッケルメッキ層の表面に酸化ニッケル層を設けることにより、酸化ニッケル層と低融点半田との高接触角に基づいて、金属製枠体と金属製蓋体とのろう付けの際の高熱で低融点半田が再溶融しても当該抵抗ろう付け個所までの濡れ上りなどの濡れ移動が防止されて、ろう付け部の強度低下の問題が回避される。
さらに低融点半田の採用により絶縁基板の構成材として、低強度であるが安価な低温焼成温度セラミックの使用が可能となる大きな利点もある。

実施の形態１．
図１および図２は、本発明の実施の形態１を説明するものであって、図１は実施の形態１の断面図であり、図２は、図１の一部拡大図である。図１および図２において、実施の形態１の電子装置は、その主要部として電子部品４が搭載された絶縁基板１、金属製枠体３、および金属製蓋体５から構成されている。金属製枠体３は、枠本体３１、枠本体３１の外面に設けられたニッケルメッキ層７、およびニッケルメッキ層７の表面に設けられた酸化ニッケル層８を含み、融点３００℃以下の低融点半田２にて絶縁基板１と半田付けされて絶縁基板１上の電子部品４を囲繞している。絶縁基板１と金属製枠体３と低融点半田２にて容器６が形成されている。

上記の半田付け工程は、具体的には、例えば絶縁基板１の上面に低融点半田２からなるソルダペーストを半田印刷法などによって供給し、その上に金属製枠体３を搭載し、リフロー炉などを用いて半田付けする。絶縁基板１の表面および内部にはメタライズ配線（図示せず）が形成されており、半導体素子などの電子部品４と外部とが電気的に接続されている。金属製枠体３の開放上端面は、金属製蓋体５とろう材（図示せず）を介してシームシーリング法などにてろう付け、例えば抵抗ろう付けされている。

金属製蓋体５としては、表面に金メッキ層（図示せず）が形成されたニッケルメッキ層（図示せず）を有するものが用いられ、上記の通り金属製枠体３の開放端面に抵抗ろう付けされて電子部品４を気密に覆っている。なお上記ろう付けの際に、上記金メッキ層とニッケルメッキ層とがろう材として機能する。

本発明において、絶縁基板１、金属製枠体３の本体３１、および金属製蓋体５としては、いずれも斯界において従来から公知あるいは周知のものが制限なく使用可能である。よって絶縁基板１としては、例えば酸化アルミニウム質焼成体、窒化アルミニウム質焼成体などの高温焼成セラミック類、ガラスセラミック焼成体などの低温焼成セラミック類などが例示されるが、それらのうちでも低温焼成セラミック類は一般的に安価であるので好ましい。さらに低温焼成セラミック類のうちでも、焼成温度が１０００℃以下、特に９００℃以下の低温焼成セラミック類は、上記メタライズ配線に用いられる銀導体を同時焼成できる点から特に好ましい。

金属製枠体３の枠本体３１としては、後記する低融点半田にて絶縁基板１に半田付けが容易な金属、例えば鉄―ニッケルーコバルト合金、鉄―ニッケル合金などの鉄系金属類、銅、銅―モリブデン合金、銅―タングステン合金などの銅系金属類にて形成されたものが例示される。表面に金メッキ層とニッケルメッキ層とを有する金属製蓋体５の本体としては、上記枠本体３１の形成材と同種のもの、例えば鉄―ニッケルーコバルト合金などが例示される。

金属製枠体３の酸化ニッケル層８は、前記したように金属製枠体３と金属製蓋体５とを抵抗ろう付けする際の高温度にて低融点半田２が再溶融しても、当該溶融体が金属製枠体３の側面を濡れ上がるなどの濡れ移動することを阻止する機能をなし、しかしてろう付部分への当該溶融体の入り込み問題が解消して金属製枠体３と金属製蓋体５との良好な気密性が確保される。

酸化ニッケル層８の上記機能は、酸化ニッケル層８と半田融解物との高接触角に基づくものと思われる。しかして本発明において、酸化ニッケル層８は、上記した濡れ移行阻止機能を達成する限り、その厚み、並びに金属製枠体３と金属製蓋体５とのろう付け個所と低融点半田２との抵抗ろう付け前における離隔距離L（図１参照）には特に制限はなく、例えば従来と同じ程度であってよい。

酸化ニッケル層８の厚みは、ごく薄くても上記効果を奏し得るが、一般的には平均厚みにして１ｎｍ〜１００ｎｍ、特に１０ｎｍ〜５０ｎｍ、さらに２０ｎｍ〜４０ｎｍのものが性能の安定した工業製品を歩留まりよく生産するうえで好ましい。なお、酸化ニッケル層８は、例えば気密パッケージの製造工程においてニッケルメッキ層７を緩やかに熱酸化させることによって形成可能であり、その際の熱酸化の程度を制御することにより試行錯誤的に所望の厚みとすることができる。またその厚みは、例えば採取した試験片を対象として電子顕微鏡での層厚測定により計測可能である。

本発明において低融点半田としては、融点３００℃以下のもの、例えば鉛−錫系半田、錫−銀−銅半田、錫−アンチモン半田、金−錫半田、錫−ビスマス半田など二元系〜多元系半田類が例示される。就中、融点が１００〜２８０℃、特に１３０〜２５０℃、さらに１５０〜２４０℃で、且つその溶融物の酸化ニッケル層８との接触角が、少なくとも６０°、特に少なくとも８０°、さらに少なくとも９０°のもの、例えば上記のうちの鉛−錫系半田、錫−銀−銅半田、錫−アンチモン半田などが好ましい。

本発明は、前記実施の形態１に限定されるものではなく、本発明が解決しようとする課題、並びにその解決手段の精神に則った各種の実施態様を包含する。例えば、金属製枠体の形状に関しては、図１に示されたような単純な構造のものに限らず、平面形状において方形以外の各種の形状のものであってもよく、金属製蓋体についても金属製枠体の形状に応じた各種形状のものであってもよい。

本発明は、アクティブ・フェーズド・アレイ・アンテナ用、ミリ波モジュール用などとしての利用が期待される。

本発明の実施の形態１の断面図である。図１の一部拡大図である。

符号の説明

１絶縁基板、２低融点半田、３金属製枠体、３１枠本体、４電子部品、５金属製蓋体、６容器、７ニッケルメッキ層、８酸化ニッケル層。

Claims

電子部品が搭載された絶縁基板、上記電子部品を囲繞するように融点３００℃以下の低融点半田にて上記絶縁基板と半田付けされた金属製枠体、表面に金メッキ層が形成されたニッケルメッキ層を有すると共に上記金属製枠体にろう付けされた金属製蓋体、を備えたことを特徴とする電子装置。
上記絶縁基板は、焼成温度が１０００℃以下のセラミックにて形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
上記酸化ニッケル層は、平均厚みが１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の電子装置。